专利名称：一种聚乙二醇ω-氨基酸及其制备方法
技术领域：
本发明属于高分子合成化学技术领域，涉及一种聚乙二醇ω-氨基酸及制备方 法。
背景技术：
聚乙二醇ω-氨基酸即聚乙二醇(PEG)链的两端分别是氨基和羧基，氨基和羧基 可以分别与两个具有不同特性的分子连接。化合物通过与PEG共价后，可以获得PEG的一 些优良特性。例如，作为生物材料，增加其化合物的表观分子量，可减少肾脏过滤，减少免疫 系统的识别和酶的水解，延长化合物在体内的半衰期；同时增加化合物的水溶性，改变生物 分配等。因此，聚乙二醇ω-氨基酸可广泛应用于靶向药物合成，生物传感，免疫分析以及 多肽合成等领域。目前，聚乙二醇ω-氨基酸多数是利用双官能团的引发剂选择性引发环氧乙 烧开环聚合制备。如Zhang S 等人(Reactive and Functional Polymers 2003 ；56 17)利用氰化甲基钾引发环氧乙烷聚合得到聚乙二醇ω-氨基酸。M.D.本特利等人(CN 1374875(2002))利用一个带有可除去基团W且结构式为W-Poly-OH的中间体聚合物获得聚 乙二醇ω-氨基酸，但该中间体W-Poly-OH仍需要环氧乙烷聚合得到。由于引发体系的小 分子化合物常需要相当复杂的合成步骤，且在环氧乙烷的开环聚合过程中，会伴随有一定 量的副产物，或者得到的聚乙二醇ω-氨基酸具有很宽的分子量单分散性。特别是其合成 过程中使用易燃和高毒性的环氧乙烷，常常给聚乙二醇ω-氨基酸的制备带来危险。为了克服上述方法存在的安全性问题，采用对PEG链两端的羟基进行修饰得到聚 乙二醇 ω-氨基酸的方法。Zalipsky 等人(Polymeric Preprints, 1986,27 1)将过量 PEG 与氯化亚砜反应得到一个末端羟基被氯代的PEG，再对单氯代PEG的两端分别进行修饰得 到聚乙二醇ω-氨基酸。这个方法虽然条件温和，但由于PEG两端的羟基活性相同，即使严 格控制反应的量，最终还是单氯代、双氯代及未氯代PEG的混合物，单氯代的产率并不高， 且需要复杂分离的操作。因而，寻找一种简单且安全的制备聚乙二醇ω-氨基酸的方法具 有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提出一种聚乙二醇ω-氨基酸及其制备方法。本发明中一种聚乙二醇ω-氨基酸，其化学结构式如下 其中η = 2-43。本发明提出的聚乙二醇ω-氨基酸，其制备方法包括如下步骤(1) α，ω-二羧基聚乙二醇的制备
将聚乙二醇(PEG)、溴化钠、2，2，6，6-四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)溶于少量水 中，冰浴下磁力搅拌溶解。加入次氯酸钠溶液，并用盐酸调节PH为10左右。其中，PEG、溴 化钠、TEMPO、次氯酸钠的投料摩尔为1 0. 2 0.01 6。维持反应温度为0°C及pH为 10，反应1 3h。调节pH为酸性，乙醚洗涤；再经二氯甲烷萃取，旋蒸，乙醚沉淀，真空干燥 得α，ω-二羧基聚乙二醇。(2) α-羧基-ω-甲酯基聚乙二醇的制备将步骤1制备的α，ω-二羧基聚乙二醇溶解在二氯甲烷溶剂中，与2-氯三苯甲 基氯树脂反应，α，ω-二羧基聚乙二醇一端的羧基与2-氯三苯甲基氯反应，通过碳氧单键 连接到2-氯三苯甲基氯树脂上。通过称重法估算α，ω-二羧基聚乙二醇的上载率，计算
公式为
反应后树脂的重量-反应前树脂的重量 卜载率=-
双+ 反应前树脂的重量X取代度X (MW-36. 5)其中，Mw为α，ω - 二羧基聚乙二醇的相对分子量。2-氯三苯甲基氯与α，ω-二羧基聚乙二醇的物质的量比为1 2. 0 3. 0。在 耦合剂二环己基碳二亚胺(DCC)和4-二甲氨基吡啶(DMAP)作用下，接枝在树脂上的α， ω-二羧基聚乙二醇上游离的羧基与甲醇发生酯化反应；形成下面的树脂结构 接枝到树脂上的α，ω-二羧基聚乙二醇与DCC和DMAP的物质的量的比为 1.0 1.1 2.0 0. 05 0. 1。重复进行1 2次，每次反应时间为10 12h，孔雀石绿
显色试验监测反应进程。反应结束后，经含1 %三氟乙酸的二氯甲烷溶液裂解，旋蒸，冰乙醚 沉淀，真空干燥得α-羧基-ω-甲酯基聚乙二醇。未接枝到树脂上的α，ω-二羧基聚乙 二醇在洗脱下来之后，经旋蒸，乙醚沉淀，真空干燥，即可回收重复使用。(3) α-叠氮羰基-ω-甲酯基聚乙二醇的制备将α -羧基-ω -甲酯基聚乙二醇溶于丙酮，冰浴下磁力搅拌溶解，加入三乙胺，其 用量是原料α _羧基- ω-甲酯基聚乙二醇的物质的量的1. 0 3. 0倍，接着加入氯甲酸乙 酯，其用量是α -羧基-ω -甲酯基聚乙二醇的物质的量的1. 0 3. 0倍；反应30min，再加 入1. 0 5. OM的叠氮化钠水溶液，其中叠氮化钠用量是α -羧基- ω-甲酯基聚乙二醇的 物质的量的1. 0 2. 0倍；冰浴下继续反应Ih ；反应结束后旋蒸，加入少量冰水，二氯甲烷 萃取，旋蒸，冰乙醚沉淀，真空干燥得α-叠氮羰基-ω-甲酯基聚乙二醇。(4)聚乙二醇ω-氨基酸的制备将α-叠氮羰基-ω-甲酯基聚乙二醇溶于少量二氯甲烷中，加入到过量叔丁醇 中，80°C回流反应5 10h，旋蒸。(5)聚乙二醇ω -氨基酸的纯化
用硅胶柱层析的方法对步骤(4)制备的聚乙二醇ω-氨基酸纯化，洗脱液配比为 氯仿与甲醇体积比5 1。本发明提出了一种聚乙二醇ω -氨基酸及其制备方法，制备过程简单，条件温和， 产率达70%以上。产品通过简单的萃取和柱层析的方法进行分离、纯化，避免了色谱法分离 产品的复杂操作，经过红外光谱和核磁共振谱分析，证明得到了纯净的聚乙二醇ω-氨基 酸。所合成的聚乙二醇ω-氨基酸结构新颖，可以分别在酸性和碱性条件下选择性脱除氨 基和羧基的保护基团，然后分别与两个具有不同特性的大分子或化合物相连接，可广泛应 用于靶向药物合成，生物传感，免疫分析以及多肽合成等领域。
图1为实施例1制备的聚乙二醇图2为实施例1制备的聚乙二醇
ω-氨基酸的红外光谱图； ω -氨基酸的核磁共振氢谱，溶剂为CDC13。
具体实施例方式下面结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。实施例1 将6g聚乙二醇(PEG,分子量为1000)，0. 12g溴化钠，0. Olg TEMPO溶解到20mL水 中，冰浴下磁力搅拌。量取26mL次氯酸钠溶液(有效氯> 10%)加入，并滴加-ol·!/1盐 酸调节PH值在10左右。维持反应温度和pH值不变，反应1 2h。反应结束后，加入3mL 乙醇终止反应。滴入4mol化―1盐酸调节pH值小于2，加入乙醚洗涤3次。加入二氯甲烷萃 取并取油相旋蒸，再经乙醚沉淀，真空干燥得α，ω-二羧基聚乙二醇5.93g，产率96. 1%。将2g 二氯三苯甲基氯树脂(交联度DVB，取代度0. 95mmol · g—1)在二氯甲烷 中溶胀lOmin。将5g合成的α，ω - 二羧基聚乙二醇溶解于少量二氯甲烷，并加入到树脂 中。滴加2.5mL N，N-二异丙基乙胺(DIEA)，室温下反应2. 5h。反应结束后将树脂过滤，收 集滤液并旋蒸，加入冰乙醚沉淀，回收得到未参加反应的α，ω-二羧基聚乙二醇。向树脂 中加入二氯甲烷和甲醇的混合液(其体积比为17 3)，并滴加2.5mL的DIEA，室温下继续 反应30min。反应结束后，用二氯甲烷洗涤树脂3次。称重法估算α，ω-二羧基聚乙二醇 的上载率为48%。向树脂中加入40mL 二氯甲烷和甲醇的混合液(其体积比为17 3)，加 入280mg DCC和6mg DMAP,于室温下反应10_12h。过滤树脂并重复酯化步骤，反应10_12h。 反应过程中取少量树脂，用甲醇洗涤，加入2mL孔雀石绿的乙醇溶液并滴加一滴三乙胺，反 应2min，用乙醇洗涤树脂直至洗涤液为无色，观察树脂的颜色，若树脂为绿色则表示反应未 完全，须继续反应；若树脂为黄色则表示反应完全。待反应完全后，树脂用二氯甲烷洗涤3 次。向树脂加入30mL含三氟乙酸(TFA)的二氯甲烷溶液，室温下裂解20min。滤除树 脂，收集滤液并旋蒸，冰乙醚沉淀，真空干燥得α-羧基-ω-甲酯基聚乙二醇0.88g。将得到的α _羧基-ω-甲酯基聚乙二醇溶于丙酮和少量水的混合溶液中，冰浴下 磁力搅拌溶解。滴加0. 18mL三乙胺和0. 12mL氯甲酸乙酯，反应30min，然后加入82mg叠氮 化钠的水溶液，继续反应lh。反应结束后旋蒸，加入少量冰水，二氯甲烷萃取，旋蒸，再经冰 乙醚沉淀，真空干燥得α “叠氮羰基_ ω -甲酯基聚乙二醇0. 74g，产率82.1%。将上一步的α-叠氮羰基-ω-甲酯基聚乙二醇溶于少量二氯甲烷中，磁力搅拌下
6滴加至50mL叔丁醇中，80°C回流反应5h。反应结束后，旋蒸，得粗产品。经硅胶柱层析分 离，洗脱液为氯仿甲醇(5 1，v/v)，得聚乙二醇ω-氨基酸0.68g，产率89.2%。通过红外光谱和核磁共振波谱表征，有叔丁基氧羰基保护的氨基和甲酯基存在。实施例2 将IOg聚乙二醇(PEG，分子量为2000)，IOOmg溴化钠，8mg TEMPO溶解到20mL中， 冰浴下磁力搅拌。量取22mL次氯酸钠溶液(有效氯> 10% )加入，并滴加4mol · L—1盐酸 调节PH值为10左右。维持反应温度和pH值不变，反应l_2h。反应结束后，加入3mL乙醇 终止反应。滴入4mol 盐酸调节pH值小于2，加入乙醚洗涤5次。加入二氯甲烷萃取 并取油相旋蒸，再经乙醚沉淀，真空干燥得α，ω-二羧基聚乙二醇10. lg，产率99.2%。将2g 二氯三苯甲基氯树脂(交联度DVB，取代度0. 95mmol/g)在二氯甲烷中 溶胀lOmin。将IOg合成的α，ω - 二羧基聚乙二醇溶解于少量二氯甲烷，并加入到树脂 中。滴加2.5mL DIEA，室温下反应2.5h。反应结束后将树脂过滤，收集滤液并旋蒸，加入冰 乙醚沉淀，回收得到未参加反应的α，ω-二羧基聚乙二醇。向树脂中加入二氯甲烷和甲醇 的混合液(体积比为17 3)，并滴加2.5mLDIEA，室温下继续反应30min。称重法估算α， ω-二羧基聚乙二醇的上载率为30%。反应结束后，用二氯甲烷洗涤树脂3次。向树脂中 加入40mL 二氯甲烷和甲醇的混合液(体积比为17:3)，加入18mg DCC和4mg的DMAP，于 室温下反应10-12h。过滤树脂并重复酯化步骤，反应10-12h。反应过程中取少量树脂，用 甲醇洗涤，加入2mL孔雀石绿的乙醇溶液并滴加一滴三乙胺，反应2min，用乙醇洗涤树脂直 至洗涤液为无色，观察树脂的颜色，若树脂为绿色则表示反应未完全，须继续反应；若树脂 为黄色则表示反应完全。待反应完全后，树脂用二氯甲烷洗涤3次。向树脂加入30mL 1% TFA的二氯甲烷溶液，室温下裂解20min。滤除树脂，收集滤液并旋蒸，冰乙醚沉淀，真空干 燥得α-羧基-ω-甲酯基聚乙二醇1.05g。将上一步的α -羧基-ω-甲酯基聚乙二醇溶于丙酮和少量水的混合溶液中，冰浴 下磁力搅拌溶解。滴加0. IlmL三乙胺和0. 073mL氯甲酸乙酯，反应30min，然后加入50mg 叠氮化钠的水溶液，继续反应lh。反应结束后旋蒸，加入少量冰水，二氯甲烷萃取，旋蒸，再 经冰乙醚沉淀，真空干燥得α -叠氮羰基- ω-甲酯基聚乙二醇0. 91g，产率85. 6%。将上一步的α-叠氮羰基-ω-甲酯基聚乙二醇溶于少量二氯甲烷中，磁力搅拌下 滴加至50mL叔丁醇中，80°C回流反应5h。反应结束后，硅胶柱层析分离，洗脱液为氯仿甲 醇(5 1，v/v)，得聚乙二醇ω-氨基酸0.81g，产率87. 7%。通过红外光谱和核磁共振波谱表征，有叔丁基氧羰基保护的氨基和甲酯基存在。
权利要求
一种聚乙二醇ω 氨基酸，其特征在于，结构式如下其中n＝2 43。FDA0000024848560000011.tif
2.权利要求1所述的聚乙二醇ω-氨基酸的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1)α，ω-二羧基聚乙二醇通过固相反应对一端羧基进行甲酯保护，生成α-羧 基-ω-甲酯基聚乙二醇；(2)α-羧基-ω-甲酯基聚乙二醇与三乙胺和氯甲酸乙酯反应生成混合酸酐，再与叠 氮化钠发生叠氮化反应，生成α “叠氮羰基- ω-甲酯基聚乙二醇；(3)α -叠氮羰基-ω -甲酯基聚乙二醇与叔丁醇发生Curtius重排反应，生成聚乙二醇 ω -氨基酸；(4)将聚乙二醇ω-氨基酸经硅胶柱层析分离纯化。
3.根据权利要求2所述的聚乙二醇ω-氨基酸的制备方法，其特征在于，所述的步骤 (1)的具体过程包括将α，ω-二羧基聚乙二醇溶解在二氯甲烷溶剂中，与2-氯三苯甲基氯树脂反应，α， ω - 二羧基聚乙二醇一端的羧基与2-氯三苯甲基氯反应，通过碳氧单键连接到2-氯三苯甲 基氯树脂上；在耦合剂二环己基碳二亚胺和4- 二甲氨基吡啶作用下，接枝在树脂上的α， ω-二羧基聚乙二醇上游离的羧基与甲醇发生酯化反应，产物经含三氟乙酸的二氯甲 烷溶液裂解后，旋蒸，冰乙醚沉淀，真空干燥得α-羧基-ω-甲酯基聚乙二醇。
4.根据权利要求3所述的聚乙二醇ω-氨基酸的制备方法，其特征在于，所述的 2_氯三苯甲基氯树脂，目数为100-200目，交联度为DVB;树脂的取代度为0. 3mmol/ g-1. 2mmol/g0
5.根据权利要求3所述的聚乙二醇ω-氨基酸的制备方法，其特征在于，所述的2-氯 三苯甲基氯与α，ω-二羧基聚乙二醇的物质的量比为1 2.0 3.0;接枝到树脂上 的α，ω-二羧基聚乙二醇与二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶的物质的量的比为 1. 0 1. 1 2. 0 0. 05 0. 1。
6.根据权利要求3所述的聚乙二醇ω-氨基酸的制备方法，其特征在于，所述的接枝到 树脂上的α，ω-二羧基聚乙二醇与甲醇的酯化反应重复进行1 2次，每次反应的时间为 10 12h，以孔雀石绿显色试验监测反应进程。
7.根据权利要求2所述的聚乙二醇ω-氨基酸的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述 的α-叠氮羰基-ω-甲酯基聚乙二醇的具体生成过程包括将步骤(1)得到的α-羧基-ω-甲酯基聚乙二醇溶于丙酮，冰浴下磁力搅拌溶解，加 入三乙胺，其用量是原料α -羧基-ω -甲酯基聚乙二醇的物质的量的1. 0 3. 0倍，接着 加入氯甲酸乙酯，其用量是α _羧基-ω-甲酯基聚乙二醇的物质的量的1. 0 3. 0倍；反 应30min，再加入1. 0 5. OM的叠氮化钠水溶液，其中叠氮化钠用量是α -羧基- ω-甲酉旨 基聚乙二醇的物质的量的1. 0 2. 0倍；冰浴下继续反应Ih ；反应结束后旋蒸，加入冰水， 二氯甲烷萃取，旋蒸，冰乙醚沉淀，真空干燥得α-叠氮羰基-ω-甲酯基聚乙二醇。
8.根据权利要求2所述的聚乙二醇ω-氨基酸的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的聚乙二醇ω-氨基酸的具体生成过程包括将步骤(2)得到的α-叠氮羰基-ω-甲酯基聚乙二醇溶于少量二氯甲烷中，加入到过 量叔丁醇中，80°C回流反应5 10h，旋蒸。
9.根据权利要求2所述的聚乙二醇ω-氨基酸的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述 的聚乙二醇ω-氨基酸经硅胶柱层析的方法分离和纯化时，洗脱液配比为氯仿与甲醇体积 比 5 1。
全文摘要
本发明属于高分子合成化学技术领域。具体涉及一种聚乙二醇ω-氨基酸及其制备方法。首先将聚乙二醇两端羟基氧化为羧基，然后通过亲核取代反应将端基为羧基的聚乙二醇接载到树脂上，游离的羧基通过甲酯进行保护。将一端甲酯保护的双羧基聚乙二醇从树脂上裂解下来后，对游离的羧基通过叠氮化反应、Curtius重排反应进行修饰得到叔丁基氧羰基保护的氨基。本发明克服了现有方法合成聚乙二醇ω-氨基酸存在的分离纯化繁杂的缺点，本发明是采用固相反应、叠氮化反应和Curtius重排反应，条件温和，合成路线简短，分离纯化简单，产率达70％以上。这种聚乙二醇ω-氨基酸可广泛应用于靶向药物合成，生物传感，免疫分析以及多肽合成等领域。
文档编号C07C269/00GK101891886SQ20101026011
公开日2010年11月24日 申请日期2010年8月23日 优先权日2010年8月23日
发明者刘又年, 张春晓, 郝远强, 陈万松 申请人:中南大学